PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM DAN TAMAN DI AREAL KAMPUS USU DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TENAGA SURYA (APLIKASI PENDOPO DAN LAPANGAN PARKIR) Diajukan untuk memenuh salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro OLEH : DONNY T B SIHOMBING NIM : 070422003 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM DAN TAMAN DI AREAL KAMPUS USU DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TENAGA SURYA (APLIKASI PENDOPO DAN LAPANGAN PARKIR) Disusun Oleh Donny T B Sihombing NIM : 070422003 DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH : PEMBIMBING TUGAS AKHIR Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : 19540531198601 1 002 DIKETAHUI OLEH : KETUA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK USU Ir. Surya Tarmizi Kasim, MSi NIP : 19540561 198601 1 002 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
ABSTRAK Sistem penerangan jalan umum adalah pelayanan yang menerangi jalan umum dimana penerangan ini lampu hanya dinyalakan pada malam hari, penerangan jalan umum menggunakan lampu merkuri dan memakan daya yang besar dalam menerangi jalanan selama malam hari hingga waktu menjelang pagi, sehingga tidak efisien dalam penggunaan daya. Pemanfaatan energi matahari merupakan satu diantara sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk penerangan jalan di perkotaan maupun pedesaan. Lampu penerangan jalan (PJU) tenaga matahari berbasis LED jenis hi-power yang sangat terang, hemat energi dan tahan lama menggunakan panel surya / solar cell sebagai sumber yang berfungsi menerima cahaya (sinar) matahari yang kemudian diubah menjadi listrik melalui proses photovoltaic. Lampu Jalan Tenaga Surya ( PJU Tenaga Surya) secara otomatis dapat mulai menyala pada sore hari dan padam pada pagi hari dengan perawatan yang mudah dan efisien selama bertahun-tahun. Secara keseluruhan sistem ini dirancang untuk penyediaan cahaya penerangan umum dengan sumber energi terbarukan, bebas biaya perawatan dan berumur ekonomis lama. Dengan sistem pemasangan yang cepat dan mudah, PJU LED Tenaga Surya dapat menjadi solusi yang cepat dalam mengatasi kebutuhan penerangan jalan umum. Kata Kunci : Solar Cell, Modul Surya, Lampu LED, Baterai, Controller, Lampu Penerangan Jalan Umum i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus yang oleh karena kasihnya, penulis dimampukan menyelesaikan tugas akhir ini. Adapun tugas akhir ini berjudul PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM DAN TAMAN DI AREAL KAMPUS USU DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TENAGA SURYA (APLIKASI PENDOPO DAN LAPANGAN PARKIR), yang disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam kurikulum pembelajaran di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis tidak terlepas dari bantuan banyak pihak. Untuk itulah penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada : 1. Kedua orang tua saya (D. S Sihombing dan R. Silalahi), Kakak dan adik adikku, yang selalu memperhatikanku dan yang terbanyak memberiku motivasi, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah banyak memberikan sumbangan ilmu dan waktunya. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rachmat Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. 4. Bapak Rachmat Fauzi ST, MT selaku dosen wali. 5. Seluruh staff pengajar / dosen departemen Teknik Elektro FT. USU. 6. Seluruh staff tata usaha departemen Teknik Elektro FT. USU. ii
7. Teman teman stambuk 2007 Ekstensi yang nama namanya tak dapat disebutkan satu persatu. 8. Istri saya tercinta Betty Panggabean yang mendukung penulis sepenuhnya untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa penyusunan karya ilmiah ini masih belum sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bisa membangun tugas akhir ini menjadi lebih baik lagi. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua. Medan, 11 Januari 2013 Penulis Donny T B Sihombing iii
DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i ii iv vii ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 3 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Metode Penulisan... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II LAMPU PENERANGAN JALAN UMUM TENAGA SURYA 2.1 Umum... 6 2.2 Solar Cell (Panel Surya)... 9 2.2.1 Modul Surya... 11 2.2.2 Jenis jenis Solar Cell... 12 2.2.3 Prinsip Kerja Solar Cell... 13 2.2.4 Faktor Pengoperasian Solar Cell... 16 2.3 Baterai (Battery)... 17 2.4 Battery Charger... 18 iv
2.4.1 Metode Charge Discharge... 19 2.5 Solar PV Controller... 23 2.5.1 Jenis PV Controller... 24 2.6 Inverter... 25 2.7 Lampu LED ( Light Emitting Diode)... 26 BAB III TEKNIK DAN PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN.. 28 3.1 Teknik Penerangan... 28 3.1.1 Satuan Penerangan Sistem Internasional... 28 3.1.2 Diagram Polar Intensitas Cahaya... 30 3.1.3 Sistem Penerangan dan Armatur... 31 3.1.4 Efisiensi Penerangan... 33 3.1.5 Penentuan Jumlah Lampu atau Armatur... 34 3.2 Sistem Penerangan Luar... 35 3.2.1 Fungsi Penerangan Jalan... 36 3.2.2 Acuan Normatif... 36 3.2.3 Perbandingan Kemerataan Pencahayaan... 36 3.2.4 Pandangan Silau dan Pandangan Silhoutte... 37 3.2.5 Sistem Penempatan Lampu Penerangan Jalan... 38 3.2.6 Dasar Perencanaan Penerangan Jalan... 38 3.3 Perencanaan dan Perancangan Sistem Penerangan Tenaga Surya... 39 3.3.1 Konfigurasi Sistem... 40 3.3.2 Instalasi Solar Cell... 40 3.3.3 Tipe-tipe Pemasangan Sel Surya... 43 v
3.3.4 Perencanaan Perhitungan Daya Solar Cell... 45 3.3.5 Battery Charger... 47 3.3.5 Sensor Cahaya... 54 3.3.6 Sensor Tegangan... 55 3.3.7 Lampu LED (Light Emighthing Diode)... 57 3.3.8 Perbandingan Lampu Jalan AC Dengan Lampu DC LED... 58 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA... 60 4.1 Perhitungan Daya Total Lampu Penerangan Terpasang di Areal Kampus USU... 60 4.2 Aplikasi Penerangan Umum Tenaga Surya di Area Pendopo dan Lapangan Parkir... 62 4.3 Pengujian dan Analisa Perangkat... 62 4.4 Pengujian Solar Cell... 63 4.5 Pengujian Baterai Charger... 65 4.6 Pengujian Lampu LED... 68 4.7 Perhitungan Pengunaan Energi PLN... 72 BAB V PENUTUP...... 78 5.1 Kesimpulan... 78 5.2 Saran... 79 DAFTAR PUSTAKA... 80 LAMPIRAN vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Lampu Penerangan Jalan Tenaga Matahari (PJU-TS)... 7 Gambar 2.2 Panel Surya (Solar Cell)... 10 Gambar 2.3 Modul Surya dan Penampang Lintang Modul Surya... 11 Gambar 2.4 Spektrum Radiasi Sinar Matahari... 14 Gambar 2.5 Grafik kurva I-V... 15 Gambar 2.6 Baterai... 18 Gambar 2.7 Rangkaian Baterai Charger... 19 Gambar 2.8 Proses Charge dengan Arus Konstan... 20 Gambar 2.9 Proses Discharge dengan Arus Konstan... 20 Gambar 2.10 Proses Charge dengan Daya Konstan... 21 Gambar 2.11 Proses Discharge dengan Daya Konstan... 21 Gambar 2.12 Proses Charge dengan arus konstan / tegangan konstan... 21 Gambar 2.13 Proses Charge dengan resistansi konstan... 22 Gambar 2.14 Diagram Kerja Controller... 24 Gambar 2.15 Skema Rangkaian Inverter... 26 Gambar 2.16 Lampu LED... 27 Gambar 3.1 Diagram Polar Intensitas Cahaya dan Armatur... 30 Gambar 3.2 Diagram vektor intensitas penerangan... 30 Gambar 3.3 Block Diagram Sistem penerangan dengan Solar Cell... 40 Gambar 3.4 Rangkaian Instalasi Solar Cell... 42 Gambar 3.5 Solar Cell 50 WP... 45 vii
Gambar 3.6 Solar Cell 30 WP... 45 Gambar 3.7 Blok Diagram Sistem Kontrol Pada Battery Charger... 47 Gambar 3.8 Konfigurasi Rangkaian Dasar dari LM350... 48 Gambar 3.9 Konfigurasi Pin HA17458... 48 Gambar 3.10 Rangkaian Battery Charger... 49 Gambar 3.11 Rangkaian LDR 1... 54 Gambar 3.12 Rangkaian LDR 2... 54 Gambar 3.13 Rangkaian Sensor Cahaya... 55 Gambar 3.14 Rangkaian Pembagi Tegangan... 56 Gambar 3.15 Lampu LED 10 Watt... 57 Gambar 3.16 Diagram Rangkaian Lampu LED Yang Dipararel... 58 viii
DAFTAR TABEL Table 3.1 Pembagian flux cahaya terhadap bidang kerja... 32 Tabel 3.2 Rasio kemerataan pencahayaan... 37 Tabel 3.3 Pengukuran Lampu LED (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca... 58 Tabel 3.4 Pengukuran Lampu Jalan AC mercury (Daya 200 Watt) dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca... 59 Tabel 4.1 Total Daya LPJU di Areal Kampus USU...... 60 Tabel 4.2 Data Pengujian Solar Cell 50Wp... 63 Tabel 4.3 Data Pengujian Solar Cell 50Wp... 64 Tabel 4.4 Pengujian Baterai Charge Dengan Solar Cell 50 Wp... 65 Tabel 4.5 Pengujian Baterai Charge Dengan Solar Cell 30 Wp... 66 Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Pengatur Tegangan Keluaran Battery Charge... 67 Tabel 4.7 Pengukuran Lampu LED (1 Lampu Dengan Daya 3 Watt) Tanpa Reflektor... 68 Tabel 4.8 Pengukuran Lampu Led (1 Lampu Dengan Daya 10 Watt) Tanpa Reflektor... 69 Tabel 4.9 Pengukuran Lampu Led (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) Tanpa Reflektor... 69 Tabel 4.10 Pengukuran Lampu Led (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) Dengan Reflector... 70 ix
Tabel 4.11 Pengukuran Lampu Led (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) Dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca... 71 Tabel 4.12 Data Sampling Lampu Penerangan AC di Kompleks USU... 74 x